Question

4．在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，選用如圖甲所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．
（1）為了能夠順利完成實驗探究，下列兩種規格的滑動變阻器應選用B．
A．“10Ω0.5A”的滑動變阻器．B．“50Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（2）用筆畫線代替導線，將圖甲所示的實物電路連接完整．
（3）根據實驗測得的數據，繪制小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系圖象，分析圖象可知：小燈泡的額定功率為0.5W．
（4）實驗中觀察到：當小燈泡兩端電壓低于0.5V時小燈泡不發光，根據圖象分析其原因實際電功率太�。�
（5）完成上述實驗后，小華在缺少電壓表的情況下，根據繪制出的小燈泡電流與電壓關系圖象設計出了一個測未知定值電阻的電路，如圖丁所示，請根據電路圖寫出其中一次測量的實驗步驟①開關S₁閉合，S₂斷開，調節滑動變阻器的滑片至電流表的示數為0.25A②開關S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數I表達式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

Answer 1

分析 （1）由串聯電路特點和歐姆定律計算燈泡正常發光時變阻器連入的阻值，從而確定變阻器的規格；
（2）連接實物圖，要確定電流表的量程，知道燈泡電壓和電阻，根據歐姆定律來確定電流表量程，滑動變阻器已經連接好．
（3）由圖象讀出燈泡電壓為2.5V時的電流，由P=UI計算其額定功率；
（4）燈泡亮度由實際功率決定，由此分析解答；
（5）根據計算電阻的公式R=$\frac{U}{I}$，要分別找出電阻兩端電壓，和通過電阻的電流，結合電路圖確定實驗步驟．

解答 解：
（1）測量小燈泡的電功率實驗中，燈泡L與滑動變阻器串聯，電壓表測燈泡兩端電壓，電流表測電路中電流，
由題知燈泡正常發光時電路中電流約為：I=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，由串聯電路特點可知：
I=I_R=I_L=0.21A，
此時變阻器連入阻值：R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.21A}$≈16.7Ω，
所以應選擇滑動變阻器的規格為50Ω 0.5A；
（2）由（1）可知，I=0.21A，電流表選擇小量程即可，將電流表0.6A接線柱與燈泡左端接線柱連接即可，如下圖所示：

（3）由圖象可知，當燈泡電壓為2.5V時的電流為0.2A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）根據燈泡的亮度由實際功率決定，由圖象知，當燈泡兩端電壓小于0.5V時，電流為0.1A，由P=UI知燈泡實際功率非常小，所以燈泡不發光；
（5）根據電阻計算公式R=$\frac{U}{I}$，需要找出電阻兩端電壓，通過電阻的電流，結合電路圖步驟如下：
①開關S₁閉合，S₂斷開，調節滑動變阻器的滑片至電流表的示數為0.25A；
②開關S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數I；
根據圖象丙，當通過燈泡電流為0.25A時，燈泡兩端電壓U=2.5V，由并聯電壓規律U_x=U_燈=2.5V，當開關S₁斷開，S₂閉合時，電流表測總電流，由并聯電流規律I_x=I-0.25A，
Rx=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．
故答案為：（1）B；（2）見上圖；（3）0.5；（4）實際電功率太小；
（5）①開關S₁閉合，S₂斷開，調節滑動變阻器的滑片至電流表的示數為0.25A；
②開關S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數I；
③$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

點評 本題考查了滑動變阻器的選擇、實物圖的連接、實驗操作、歐姆定律的應用、電表的讀數、電路故障判斷、功率計算等知識點，考查的知識點較多，要求學生有較強的能力．